[Design Pattern] Prototype

[Design Pattern] Prototype

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By bienew22
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[Design Pattern] Prototype

제가 느낀 프로토타입(Prototype) 패턴의 키워드는 “객체 복제”입니다.

Prototype Pattern

프로토타입 패턴은 새로운 인스턴스를 만들 때 객체를 새로 생성(new)하지 않고, 기존 객체를 복제(.clone())하여 인스턴스를 생성하는 패턴입니다.

언제 필요한가?

(1) 객체 생성 비용이 큰 경우
예를 들어 뱀파이어 서바이벌 게임과 같이 다수의 적을 반복적으로 생성한다고 가정하겠습니다. 만약 적 객체를 생성할 때 필요한 정보(체력, 공격력 등)를 매번 DB에서 조회하여 초기화한다면 새로운 적을 생성할 때마다 DB 접근이 발생하게 됩니다. 이는 대량의 적을 한 번에 생성해야 하는 상황이 발생하게 되면 성능 저하의 주요 원인이 될 수 있습니다. 따라서 이런 경우 적의 기본 정보를 한 번만 로딩하여 프로토타입 객체를 생성하고, 이를 복제하여 적을 생성하는 것이 더 효율적입니다.
(2) 종류가 너무 많아 클래스로 관리하기 어려운 경우
예를 들어 전략 시뮬레이션 게임을 한번 생각해 보겠습니다. 보병, 궁수, 포병 등 기본 병종을 기반으로 세부 스펙만 다른 약 100 여종의 병종이 존재한다고 가정 해 보겠습니다. 이러한 병종들을 모두 개별 클래스로 관리할 경우, 다수의 유사한 구조를 가진 파일을 작성해야 합니다. 이때 프로토타입 패턴과 Registry 구조를 함께 적용하면, 병종별 공통 구조를 하나의 클래스에서 관리하여 병종이 증가하여도 더 효율적으로 관리할 수 있게 됩니다.
(3) 클래스로 인스턴스 생성이 어려운 경우
예를 들어 캐릭터 커스터마이징 기능을 생각해 보겠습니다. 사용자는 캐릭터 외형, 능력치, 장비 등 다양한 요소를 조합하여 캐릭터를 생성합니다. 이러한 조합의 경우의 수가 매우 많아, 각 경우를 미리 클래스로 정의하고 관리하는 것은 불가능합니다. 이때 프로토타입을 적용하여 동일한 설정을 가진 캐릭터가 필요한 경우, 프로토타입 객체를 복제하여 인스턴스를 생성할 수 있습니다.

패턴 구조

프로토타입 패턴 다이어그램

  • Prototype
    • 인스턴스 복제를 위한 메소드 결정
  • ConcretePrototype
    • 자신을 복제하는 방법을 구현
  • Client
    • new가 아닌 복제를 통하여 인스턴스 생성

구현 예시

  • Prototype
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      public abstract class Prototype implements Cloneable {
      protected abstract Prototype createByClone() 
          throws CloneNotSupportedException;

      /**
       * 모든 하위 클래스에서 단순히 clone()을 통하여 복제하면
       * 아래 처럼 공통적으로 예외 처리 로직이 들어감.
       * 따라서 템플릿 메소드 패턴을 적용하여 예외 처리 로직을 관리.
       */
      public final Prototype cloneMe() {
            
          Prototype p = null;

          try {
              p = (Prototype) createByClone();
          } catch (CloneNotSupportedException e) {
              System.out.println("CloneNotSupportedException");;
          }
          return p;
      }
  }

    Java에서 인스턴스 복사하는 메소드로 clone()이 존재합니다. clone()을 실행할 경우 복사 대상이 되는 클래스는 Clonable 인터페이스를 구현해야만 합니다. 해당 인터페이스는 단순히 ‘clone 메소드로 복제를 허용한다.’ 표시로 마커 인터페이스라고 부릅니다.

  • ConcretePrototype
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      public class ConcretePrototype extends Prototype{
      @Override
      protected Prototype createByClone() throws CloneNotSupportedException {
          return (Prototype) clone();
      }
  }
  • Client
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      public class Client {
      public void start() {
          ConcretePrototype origin = new ConcretePrototype();

          ConcretePrototype other = origin.cloneMe();
      }
  }
  • Registry 사용한 경우
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      public class Registry {
      private Map<String, Prototype> map = new HashMap<>();

      public void register(String name, Prototype prototype) {
          map.put(name, prototype);
      }

      public Prototype create(String name) {
          Prototype prototype = map.get(name);

          return prototype.cloneMe();
      }
  }

  public class Client {
      // 등록
      Registry factory = new Registry();

      factory.register("p1", new ConcretePrototype());

      // 복제
      ConcretePrototype clone = factory.create("p1");
  }

Java에서 구현

실제 Java 프로그램으로 인스턴스를 복제해야 하는 경우, clone 보다는 복사 생성자나 복사 팩토리를 사용하는 것이 좋습니다. 그 이유는 clone()이 protected로 지정되어, 상속 관계가 없는 클래스의 clone 메소드를 호출하기 어렵기 때문입니다.

  • 복사 생성자
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      public class ConcretePrototype extends Prototype{

      public ConcretePrototype(ConcretePrototype origin) {
          // ... 여기서 속성 복사
          // ex) this.a = origin.getA();
      }

      @Override
      protected Prototype createByClone() throws CloneNotSupportedException {
          return new ConcretePrototype(this);
      }
  }

참고 문헌

Concept Notes, Design Pattern
design pattern
This post is licensed under CC BY 4.0 by the author.